Montré est un nanogénérateur de fibre sur un substrat en plastique créé par les scientifiques de l'UC Berkeley. Les nanofibres peuvent convertir l'énergie des contraintes mécaniques en électricité, et pourrait un jour être utilisé pour créer des vêtements pouvant alimenter de petits appareils électroniques. (Chieh Chang, UC Berkeley)
(PhysOrg.com) - Dans une recherche qui donne un sens littéral au terme "combinaison puissante, " Université de Californie, Berkeley, des ingénieurs ont créé des nanofibres écoénergétiques qui pourraient un jour être tissées dans des vêtements et des textiles.
Ces générateurs de taille nanométrique ont des propriétés « piézoélectriques » qui leur permettent de convertir en électricité l'énergie créée par les contraintes mécaniques, s'étire et se tord.
« Cette technologie pourrait éventuellement conduire à des « vêtements intelligents » portables pouvant alimenter des appareils électroniques portables par le biais de mouvements corporels ordinaires, " dit Liwei Lin, Professeur de génie mécanique à l'UC Berkeley et chef de l'équipe de recherche internationale qui a développé les nanogénérateurs à fibres.
Parce que les nanofibres sont fabriquées à partir de fluorure de polyvinylidène organique, ou PVDF, ils sont flexibles et relativement faciles et bon marché à fabriquer.
Bien qu'ils soient encore en train d'effectuer les calculs exacts, les chercheurs ont noté que des mouvements plus vigoureux, comme celui qu'on créerait en dansant le boogaloo électrique, devrait théoriquement générer plus de puissance. "Et parce que les nanofibres sont si petites, on pourrait les tisser directement dans des vêtements sans changement perceptible de confort pour l'utilisateur, " dit Lin, qui est également co-directeur du Berkeley Sensor and Actuator Center à l'UC Berkeley.
Les nanogénérateurs à fibres sont décrits dans le numéro de ce mois-ci de Lettres nano , une revue à comité de lecture publiée par l'American Chemical Society.
L'objectif de récolter l'énergie des mouvements mécaniques grâce à des nanogénérateurs portables n'est pas nouveau. D'autres équipes de recherche ont déjà réalisé des nanogénérateurs à partir de matériaux semi-conducteurs inorganiques, tels que l'oxyde de zinc ou le titanate de baryum. "Les nanogénérateurs inorganiques - contrairement aux nanogénérateurs organiques que nous avons créés - sont plus fragiles et plus difficiles à cultiver en quantités importantes, " dit Lin.
Les minuscules nanogénérateurs ont des diamètres aussi petits que 500 nanomètres, ou environ 100 fois plus mince qu'un cheveu humain et un dixième de la largeur des fibres de tissu communes. Les chercheurs ont tiré et modifié à plusieurs reprises les nanofibres, générant des sorties électriques allant de 5 à 30 millivolts et de 0,5 à 3 nanoampères.
Par ailleurs, les chercheurs ne signalent aucune dégradation notable après étirement et libération des nanofibres pendant 100 minutes à une fréquence de 0,5 hertz (cycles par seconde).
L'équipe de Lin à l'UC Berkeley a été la pionnière de la technique d'électrofilage en champ proche utilisée pour créer et positionner les nanogénérateurs polymères espacés de 50 micromètres dans un motif de grille. La technologie permet un meilleur contrôle du placement des nanofibres sur une surface, permettant aux chercheurs d'aligner correctement les nanogénérateurs à fibres de sorte que les pôles positif et négatif se trouvent aux extrémités opposées, semblable aux pôles d'une batterie.
Sans ce contrôle, les chercheurs ont expliqué, les pôles négatif et positif pourraient s'annuler et réduire l'efficacité énergétique.
Les chercheurs ont démontré des rendements de conversion d'énergie aussi élevés que 21,8 pour cent, avec une moyenne de 12,5%.
"Étonnamment, les cotes d'efficacité énergétique des nanofibres sont bien supérieures aux 0,5 à 4 % obtenus dans les générateurs d'électricité typiques fabriqués à partir de films minces piézoélectriques expérimentaux de PVDF, et les 6,8 pour cent dans les nanogénérateurs fabriqués à partir de fils fins d'oxyde de zinc, », a déclaré l'auteur principal de l'étude, Chieh Chang, qui a mené les expériences alors qu'il était étudiant diplômé en génie mécanique à l'UC Berkeley.
"Nous pensons que l'efficacité pourrait probablement être augmentée davantage, " dit Lin. "Pour nos résultats préliminaires, nous constatons une tendance selon laquelle plus la fibre que nous avons est petite, meilleure est l'efficacité énergétique. Nous ne savons pas quelle est la limite."
